体会2021年高考化学图像题之“新”

方兰 孟凡盛

从实质上看，2021年高考化学图像题之“新”体现在对考生的关键能力的重点考查，同时提高了试卷对优秀考生的区分度，使整套化学试卷具有更科学的难度梯度。从形式上看，2021年高考全国卷化学图像题之“新”体现在两点，一是通过改变纵横坐标的物理量，使坐标图像呈简洁美观的线性关系;二是通过创设两个横坐标或两个纵坐标，使坐标图像中的有效化学信息更丰富。

一、溶液中的离子平衡：考查信息整理能力和数据处理能力

【例1】（2021年全国甲卷第12题）已知相同温度下，Ksp（BaSO4）

下列说法正确的是（ ）

A.曲线①代表BaCO3的沉淀溶解曲线

B.该温度下BaSO4的Ksp（BaSO4）值为1.0×10-10

C.加适量BaCl2固体可使溶液由a点变到b点

D. c（Ba2+）=10-5.1时两溶液中=10y2-y1

【解析】根据坐标图中纵横坐标的化学意义，将图中的信息作如下整理：BaCO3、BaSO4均为难溶物，饱和溶液中-lg[c（Ba2+）]+{-lg[c（SO42-）]}=-lg[c（Ba2+）×c（SO42-）]= -lg[Ksp（BaSO4）]，同理可知溶液中-lg[c（Ba2+）]+{-lg[c（CO32-）]}=-lg[Ksp（BaCO3）]，因Ksp（BaSO4）

由题可知，曲线上的点均为饱和溶液中微粒浓度关系，由上述分析可知，曲线①为BaSO4的沉淀溶解曲线，A错误;曲线①为BaSO4溶液中-lg[c（Ba2+）]与-lg[c（SO42-）]的关系，由图可知，当溶液中-lg[c（Ba2+）]=3时，-lg[c（SO42-）]=7，则-lg[Ksp（BaSO4）]=7+3=10，因此Ksp（BaSO4）=1.0×10-10，B正确;向饱和BaSO4溶液中加入适量BaCl2固体后，溶液中c（Ba2+）增大，根据温度不变Ksp（BaSO4）不变知，溶液中c（SO42-）将减小，因此a点将沿曲线①向左上方移动，C错误;由图可知，当溶液中c（Ba2+）=10-5.1时，两溶液中==10y1-y2，D错误。

【答案】B

【例2】（2021年全国乙卷第13題）HA是一元弱酸，难溶盐MA的饱和溶液中c（M+）随c（H+）而变化，M+不发生水解。实验发现，298 K时c2（M+）～c（H+）为线性关系，如下图中实线所示。

下列叙述错误的是（ ）

A.溶液pH=4时，c（M+）<3.0×10-4mol·L-1

B. MA的溶度积Ksp（MA）=5.0×10-8

C溶液pH=7时，c（M+）+c（H+）=c（A-）+c（OH-）

D. HA的电离常数Ka（HA）≈2.0×10-4

【解法一】逐项整理信息，进而判断正误。

A项，当pH=4时，c（H+）=1×10-4 mol/L，此时图像纵坐标：c2（M+）=7.5×10-8（mol/L）2，对数据进行开平方处理：c（M+）=<3.0×10-4 mol/L，A正确。

B项，正确整理图像中起点的化学信息：当c（H+）→0，

c（OH-）→∞，抑制作用使A-几乎不水解，有c（M+）=c（A-），结合溶度积的计算公式进行数据处理为：Ksp（MA）=c（M+）·c（A-） =c2（M+）=5×10-8 （mol/L）2，B正确。

C项，关键是整理化学信息并判断：能否用HA调溶液的pH？由于弱酸根A-水解，溶液pH>7，必须加酸调溶液的pH至7，若用HA调溶液的pH，c（H+）增大，c（A-）增大，结合溶度积Ksp（MA）=c（M+）·c（A-） 判断c（M+）应减小，但图像显示c2（M+）增大。故不是用HA调pH，而是要用另一种酸HnB调pH，电荷守恒应为：c（H+）+c（M+）=c（OH-）+c（A-） +n·c（Bn-） ，C错误。

D项，先整理化学信息：由电离常数公式Ka（HA）= c（H+）·c（A-）/c（HA）知，当c（A-）=c（HA）时，Ka（HA）=c（H+）。由物料守恒可得：c（M+）=c（A-）+c（HA），c（M+）=2c（A-），c2（M+）=

c（M+）×c（M+）=c（M+）×2c（A-）=2Ksp。结合B项进行数据处

理：c2（M+）=2Ksp=2×5×10-8（mol/L）2=1×10-7（mol/L）2，此时图像的横坐标为c（H+）=20×10-5mol/L，即Ka（HA）= 2.0×10-4mol/L，D正确。

【解法二】先整理信息推出线性方程，再根据线性方程进行计算。根据题干中“298 K时c2（M+）～c（H+）为线性关系”，对图像中的信息进行整理，由物料守恒知：c（M+）=c（HA）+c（A-），c2（M+）=c（M+）·c（HA）+c（M+）·c（A-）= c（M+）·c（H+）·c（A-）/Ka（HA）+Ksp（MA），得到线性方程c2（M+）= c（H+）·Ksp（MA）/Ka（HA）+Ksp（MA）。

由图可知pH=4，即c（H+）=10×10-5 mol/L时，c2（M+）=

7.5×10-8 （mol/L）2，c（M+）= < 3.0×10-4 mol/L，

A正确;当c（H+）=0 mol/L时，c2（M+）=5.0×10-8，结合线性方

程可知5.0×10-8=0×Ksp（MA）/Ka（HA）+Ksp（MA）=Ksp（MA），B

正确;设调pH所用的酸为HnX，则结合电荷守恒可知c（M+）+c（H+）=c（A-）+c（OH-）+ nc（Xn-），题给等式右边缺阴离子部分nc（Xn-），C错误;当c（H+）=20×10-5 mol/L时，c2（M+）=10.0×10-8 （mol/L）2，结合Ksp（MA）=5.0×10-8代入线性方程有10.0×10-8=2×10-4×+5.0×10-8，解得Ka（HA）≈2.0×10-4，D正确。

【答案】C

二、化学反应原理：综合考查信息整理能力和演绎推理能力

【例3】（2021年全国甲卷第28题）二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：

（1）二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：

CO2（g）+3H2（g）=CH3OH（g）+H2O（g）

该反应一般认为通过如下步骤来实现：

①CO2（g）+H2（g）=CO（g）+H2O（g）   ΔH1=+41 J·mol-1

②CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）     ΔH2=-90 kJ·mol-1

总反应的ΔH= kJ·mol-1;若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是（填标号），判断的理由是。

（2）合成总反应在起始物n（H2）/n（CO2）=3时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为x（CH3OH），在t=250℃下的x（CH3OH）～p、在p=5×105 Pa下的x（CH3OH）～t如图所示。

①用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式Kp=;

②图中对应等压过程的曲线是，判断的理由是;

③当x（CH3OH）=0.10时，CO2的平衡转化率α= ，反应条件可能为 或。

【解析】（1）第一空考查盖斯定律在新情景中的灵活应用。①+②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应的焓变：ΔH=（+41 kJ·mol-1）+（-90 kJ·mol-1）=-49 kJ·mol-1。第二空和第三空考查了“语言解码能力”和“语言表達能力”：总反应为放热反应，因此生成物总能量低于反应物总能量，据此淘汰B和D;反应①为慢反应，则反应①的活化能高于反应②，淘汰C，示意图中能体现反应能量变化的是A项。

（2）①二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2（g）+3H2（g）= CH3OH（g）+H2O（g），利用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数表达式为：Kp=。

②高考坐标图像题中首次设计两个物理量不同的横坐标，通过曲线a和b与两个横坐标的对应关系的判断及理由，科学地考查了阅读理解能力、信息转化能力、抽象思维能力、语言表达能力等。总反应正向为放热反应，恒压升高温度时平衡向吸热的方向逆向移动，体系中x（CH3OH）逐渐减小，因此图中对应等压过程的曲线是b;总反应正向为气体分子数减小，恒温增大压强时平衡向气体分子数减小的正向移动，体系中x（CH3OH）逐渐增大，因此图中对应等温过程的曲线是a。

③考查数据处理能力和化学计算能力。设起始n（CO2）=1 mol，n（H2）=3mol，则：

3H2（g）+CO2（g）CH3OH（g）+H2O（g）

起始（mol）          3             1              0              0

转化（mol）            3x            x                   x              x

平衡（mol）             3-3x   1-x        x              x

当平衡时，x（CH3OH）=0.10，=0.1，解得 x=mol，平衡时CO2的转化率α=×100%=33.3%。

题目进一步考查了信息整理能力和归纳概括能力。由图可知，满足平衡时x（CH3OH）=0.10的反应条件有“纵坐标0.10与等压曲线b的交点”和“纵坐标0.10与等温曲线a的交点”的压强和温度。“纵坐标0.10与等压曲线b的交点”的压强是题干中的5×105 Pa，读下面的横坐标可知温度为210 ℃;“纵坐标0.10与等温曲线a的交点”的压强读上面的横坐标可知为9×105 Pa，温度是题干中的250 ℃。

【答案】（1）-49 A ΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①活化能大于反应②的

（2）①②b    总反应ΔH<0，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小    ③33.3% 5×105 Pa，210 ℃    9×105 Pa，250 ℃

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